窑炉的发展史,经历了一个漫长的阶段,即由低级到高级、由简单到复杂的发展过程。由产量质量低、燃料消耗多、劳动强度大,发展到产量质量高、燃料消耗少和机械化、自动化操作。
烧龙窑的时代已经结束了。但在某些地区烧造日用陶瓷还采用此类龙窑。宜兴紫砂壶的烧炼,较普遍的是使用新式的倒焰窑、隧道窑、推板窑和电窑,以煤、柴油、电来产生热量,成品质量更比松柴好,生产周期只需几小时。
(一) 倒焰窑
早在1932年,紫砂艺人张兰舟、张良金兄弟俩在川埠潜洛建成第一座倒焰窑。它与龙窑相比,具有结构简单,设备费用低,适合小规模生产的优点,并可根据产品的不同要求而改变和控制温度。
所谓倒焰窑,是一种间歇式窑炉,它的名称是由于火焰流动情况而获得的。不管是倒焰式圆窑或方窑,燃料燃烧所产生的火焰都从燃料室的喷火口上行至窑顶,由于窑顶是密封的,火焰不能继续上升,在“走投无路”的情况下,就被烟囱的抽力拉向下行,经匣钵柱的间隙,自窑底吸火孔进支烟道、主烟道,最后由烟囱排出。在长期的生产、生活实践中,人们早就发现了“火焰向上”这一现象,因为热气体重度轻,总是浮在上面的,这样,就使人们习惯地把火焰由下向上流动看作“顺”,而把火焰由上而下流动看作“倒”。由于倒焰窑中的火焰在其流动过程中有一段路程是从上到下的,故称为“倒焰窑”。
在旧式的窑炉中,倒焰窑无论在结构或者操作上都是较为完善的一种窑炉。它的最大的优点有两个:一个是这对制品加热比较充分、均匀。火焰从燃烧室的喷火口出来后,在上行至窑顶的途中,通过对流、辐射的方式把热量传给制品,火焰到达窑顶时,又对顶部制品进行加热,然后折向下行;在下行途中,火焰又对流、辐射的方式对制品进行一次较为全面、充分的加热。火焰在这个自下而上,又自上而下的流动过程中,就使上、中、下部产品全面地被加热,加之燃烧室沿窑墙均匀分布,就造成一个四面八方都有火来的局面。制品也就在这样一片炽热的火海之中。煅烧成为陶瓷器皿。同时,火焰在由上往下流动的过程中,不断把热量传给制品,本身的温度逐渐降低,重度逐渐变大,愈易沉向窑底,在靠近窑门、窑墙的地方,由于散热较大,火焰温度比窑中心低,因而重度较大,容易下沉,别的温度较高的火焰又来补充,这样,就使这些地方火焰的流速较快,流量较多,供给的热量也相应增多,这就部分地补偿了这些部位散热的损失,从而减少了水平温差。倒焰窑的另一个优点就是它对制品的适应性很强。由于它是间歇式的,可以根据不同的制品来改变烧成制度,这一点对隧道窑来说,就不大容易。
倒焰窑的主要缺点在于:一是由于装窑、出窑等操作均在窑内进行,因而劳动强度较大;二是热量损耗较大,火焰自窑顶下行后,即经烟道、烟囱排出,烟气温度很高(1000℃左右),这是由倒焰窑的结构所决定了的,否则,下部产品就烧不熟。此外,由于它是间歇式窑炉,因而余热利用较为困难,窑体本身积蓄热损失也很大;三是操作控制不易,需要技术熟练的烧窑工人进行操作。由于这些原因,旧式的倒焰窑正有逐步被隧道窑所代替。
20世纪50年代,宜兴的倒焰窑不断发展,矩形倒焰窑适合装大型产品,圆形倒焰窑适合装中小型坯件,其容量均在20~120立方米之间,以100立方米最为普遍。对于某些厚大、异形或其他小批量的产品,倒焰窑还是比较适宜的,这也是它目前没有完全被淘汰的重要原因之一。
(二) 隧道窑
1965年,由江苏省轻工业厅设计室、南京化工学院与宜兴陶瓷研究所等单位联合设计,在宜兴建成了第一座隧道窑,长85米,它以形似隧道而得名。隧道窑是一种比较先进的窑炉,内设铁轨,陶瓷制品就像一个个小旅客,坐在一部部窑车上,车子首尾相连,形成一串,由油压顶车机的推动,在隧道内行驶,窑的两边没有几对燃烧室,供给窑的热量。制品在窑车上沿隧道运行时,炽热的燃烧气体迎面而来,使制品温度升高,一直升到1300℃~1400℃。
制品内部在温度和气氛的作用下,发生一系列的物理化学变化,终于由量变到质变,由泥坯变成了陶瓷器。当这些成品驶出隧道,开窑工人就把它们一个个从窑车上抱下。窑尾一车成品到站,窑头就有一车制品进站,窑头就有一车制品进站,两者是同时进行的,隧道窑就是这样日日夜夜、连续不断地运转着,工作着,烧造大量的陶瓷制品。
隧道窑具有产量大、质量好,燃料节约,劳动生产率高等优点。它大大降低了操作工人的劳动强度,改善了劳动条件,归纳起来就是“多、快、好、省”四大优点。